机械设计基础 第4版 课件 第三章平面连杆机构.pdf

第三章平面连杆机构教学要求知识要素：1.平面四杆机构的基本形式及其演化。2.平面四杆机构存在曲柄的条件。3.平面四杆机构特性参数分析：运动持性极佳夹角0 j借力特性压力角a（传动角丫）o4.平面四杆机构的运动设计。能力要求：1.能正确判别平面连杆机构的形式，能根据工作需要合理选用 平面连杆机构。2.能对平面连杆机构进行简单的受力分析,判别机构是否4领o3.能根据工作要求，设计简单的平面连杆机构。第三章平面连杆机构教学要求学习重点与难点：1.各类平面连杆机构的应用场合，平面连杆机构的运动特性。2.简单平面连杆机构的图解法设计。知识延伸：解析法与实睑法8杆机构设计原理。第三章平面连杆机构第一节概述第二节平面四杆机构的基本形式及其演化第三节 平面8杆机构存在勒柄的条件和几 个义本概念第四节平面四杆机构的运动设计知板延伸-实睑法和斛析法设计皿杆机构第一节概述应用实例:内燃机、鹤式吊、火车轮、牛头刨床、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。特点：采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。缺点：构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计复杂，难以实现精确的轨迹。r平面连杆机构 分类：I空间连杆机构 常以构件数命名：四杆机构、多杆机构。本章重点内容是介绍四杆机构。第二节 平面四杆机构的基本形式及其演化.、平面四杆机构的基本型式较链四狂机构，其它四杆机构都是由它演变得到的。名词解释:曲柄一 连杆一 摇杆一 连架杆 周转副 摆转副整周定轴回转的构件;-作平面运动的构件；作定轴摆动的构件；一与机架相联的构件;能作360相对回转的运动副；只能作有限角度摆动的运动副oI曲柄I摇杆三种基本型式：1.曲柄摇杆机构特征：曲柄+摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。雷达天线俯仰机构 曲柄主动2.双曲柄机构 特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为笠速或变速回转。应用实例：如吐左泵、惯性箍等。缝幼机踏板特例：平行四边形机构特征：两连架杆等长且平行,连杆作平动实例：火车轮播种机料斗机构3.双摇杆机构特征：两个摇杆应用举例：铸造翻箱机构、风扇摇头机构特例：等腰梯形机构一汽车转向机构二、四杆机构的演化形式L改变构件的形状和运动尺寸2.改变运动副的尺寸偏心轮机构3.选不同的构件为机架曲柄滑块机构导杆机构w应用实例:B曲柄滑块机构自卸卡车举升机构曲柄滑块机构摇块机构导杆机构手摇唧这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为:机构的倒置例：选择双滑块机构中的不同构件作为机架可得不同的机构。椭圆仪机构第三节平面四杆机构存在曲柄的条件和几个基本概念、俊链四杆机构存在曲柄的条件杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线 则由AB，Cf刃可得：，1+%+4则由AB”C”A可得：2、（4。）+3 +Z2-3+4，1+，3W（，4 一。）+，2将以上三式两两相加得:AB为最短杆曲柄存在的条件:1.最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和 称为杆长条件。2.连架杆或机架之一为最短杆。此时，钱链A为整转副。若取BC为机架，则结论相同，可知较链B也是整转副。可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副。当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作 为机架时，可得不同的机构。如曲柄摇杆1、曲柄摇杆2、双曲柄、双摇杆机构。二、平面四杆机构的运动特性1.平面四杆机构的极位在曲柄摇杆机构中,当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个 极限位置，简称极位。此两处曲柄之间的夹角e称为极位夹角。曲柄摇杆机构2.急回特性当曲柄以8逆时针转过180+8时，摇杆从C1D位置摆到C2D。所花时间为力,平均速度为Vi，那么有：%二（180。+。）/口%=萌/4=布20/（180。+。）当曲柄以3继续转过180。-e时，摇杆从C?D,置摆到C1D,所180。+9所以可通过分析机构中是否存在0 以及0的大小来判断机构是否有急 回运动或运动的程度。VK=2 X“12180。一夕称K为行程速比系数。只要6。0,就有K 1且e越大，k值越大，急回性质越明显。设计新机械时，往往先给定K值，于是:K-1 0=180K+1三、平面四杆机构的传力特性从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角Go 切向分力：F=Fc osa=Fsiny法向分力：F=Fc osyYt fF t 一对传动有利。可用Y的大小来表示机构传动力性能的好坏，称，为传动角。设计时要求:Ymin 50。Ymin出现的位置：主动件与机架共线两处之一。FAED也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。V77777777777777第四节平面四杆机构的设计连杆机构设计的基本问题 一、机构选型一根据给定的运动要求选择机构的类型;尺度综合一确定各构件的尺度参数（长度尺寸）O、:同时要满足其他辅助条件：I/a）结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、,卜运动副结构合理等）；在、b）动力条件（如丫而，；箪C）运动连续性条件等。三类设计要求:1）满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如:飞机起落架、函数机构。飞机起落架要求两连架杆的转角 满足函数y=logx三类设计要求:1）满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如：飞机起落架、函数机构。前者要求两连架杆转角对应，后者要求急回运动2）满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。要求连杆在两个位置垂 直地面且相差180三类设计要求：1）满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如:飞机起落架、函数机构。2）满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。3）满足预定的轨迹要求，如：鹤式起重机、搅拌机等。要求连杆上E点的轨迹为一条水平直线 要求连杆上E点的轨迹为一条卵形曲线 设计方法：图解法、解析法、实验法、按给定的行程速比系数K设计四杆机构1.曲柄摇杆机构已知：CD杆长，摆角。及K,设计此机构。步骤如下:计算6=180。（K-1）/（K+1）;任取一点D,作等腰三角形 腰长为CD,夹角为勿作C2P_LCQ2,作c*使NC2c lp=90。一口交于P;作PCC2的外接圆，则A点必在此圆上。选定A,设曲柄为I1，连杆为&,贝（J：A 5=4+4,A c2=4-A A=(A Ci-A C2)/2以A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得：lx=EC/2 4=A CECi/22.导杆机构已知：机架长度d,K,设计此机构。分析：由于。与导杆摆角p相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄2计算e=180。（K-l）/（K+l）;任选D作NmDn=（p=&作角分线；蜂点，使得AD=d，则：a=dsin（p/2）。3.曲柄滑块机构已知K,滑块行程H,偏距e,设计此机构o计算：6=180(K-1)/(K+1);作C。=H作射线CQ使NC2CQ=90。一口 作射线C2O使NC1C2O9O。-0o以。为圆心，CQ为半径作圆。作偏距线e,交圆弧于A,即为所求。以A为圆心，A J为半径作弧交于E,得:h=EC2/2 Z2=A c2EC2/2二、按连杆的预定位置设计四杆机构1.给定连杆两组位置将钱链A、D分别选在BF线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。有无穷多组解。2.给定连杆上钱链BC的三组位置 有唯一解。2,连知识延伸实验法和解析法设计四杆机构、用实验法（图谱法）设计四杆机构 连杆作平面运动，其上各点的轨迹Q0均不相同:O /dB,C点的轨迹为圆弧；却、其余各点的轨迹为一/、尸另*.M0-0-连杆曲线C心Q、P-No.6条封闭曲线。16-设计目标：确定一组杆长参数,使连杆上某点的轨迹满足设计 要求。一-!-0.IG!.d，!0.-1 e!.6-!5-e,-I.,I.i6.0.,-c I I-Ii c *./O-I 1 ,1 el-、-dQ!.c.-d.T。、7777777777777777777777777777777777、/连杆曲线生成器、连杆曲线图谱二、解析法设计四杆机构给定连架杆对应位置：构件3和构件1满足以下位置关系：W i=f（Qi）i=l,2,3n设计此四杆机构（求各构件长度）O变立坐标系，设构件长度为：11、5 23、h在x,y轴上投影可得:Il coc（p+Z2 cos d-l3 cos 山+I4、I sin（）+l2 sin 3=l3 sin 放 J机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角.令：11=1代入移项得：l2 cosd=，4+，3 COS W COS(p Al2 sind=l3 sin W sin(p 一消去3整理得：r-COS=l3 COS W 旦：0S(W-(p)+4+3+L 2令：Po2l4P2I4Pi则化简为：coc=cos W+Bos(W(p)+耳二I 代入两连架杆的三组对应转角参数，得方程组:COCQl=PoCOsW 1+P COS（1（P1）+P2COC2=P0COS l/f 2+Pl COS（32一中2）+尸2COC（3=P0COSll/3+P COS（33（P3）+P2可求系数:P。、Pp P2 以及：，2、L、I4